Смартфон как набор средств цифровой медицины

Представьте себе такую картину. Рано утром ваш смартфон, посчитав, что вам пора вставать, негромкой мелодией будит вас, после чего запрашивает разрешение для утреннего сканирования вашего состояния с помощью камеры и встроенных сенсоров. Он анализирует ваш голос, оценивает уровень стресса на основе сканирования лица, проверяет ваши жизненные показатели и предлагает сфотографировать родинку на предплечье, чтобы обнаружить любые аномалии. 

После этого он выдает понятный отчет с рекомендациями, которые вы можете отправить вашему врачу. Все это делается за считанные минуты, даже не вставая с постели, каждое утро.

Фантастика, скажете вы, но на самом деле это уже практически реальная картина. Уже в ближайшем будущем в телефоне будут установлены датчики, которые позволят пользователям измерять жизненные показатели и многое другое для того, чтобы контролировать свое здоровье и предотвращать развитие заболеваний. 

Более того, смартфоны уже имеют встроенные датчики для анализа многочисленных параметров, без каких-либо дополнений. Камеры способны анализировать поражения кожи и использоваться для проведения анализов, голосовая технология позволяет, например, обнаружить болезнь Альцгеймера или диагностировать COVID-19, не говоря уже о привычном фитнес-функционале телефона. Тем не менее, есть еще некоторые препятствия, которые необходимо преодолеть, прежде чем мы сможем использовать смартфон в качестве персонального медицинского устройства. Это, в первую очередь, точность и неприятие его медиками в таком качестве.

Здесь мы кратко расскажем о возможностях, которые уже предоставляют смартфоны и которые ждут нас в ближайшем будущем.

Считать шаги и затраченные калории

Практически все знакомы со встроенными приложениями на смартфоне, такими как Google Fit и Apple Health. Используя датчики движения (акселерометр, гироскоп, датчик приближения), они отслеживают шаги, оценивают затраченные калории и напоминают регулярно оставаться активным. Последнее особенно важно, так как, по оценкам ВОЗ, каждый четвертый взрослый человек недостаточно активен, что может увеличить риск сердечно-сосудистых осложнений и диабета.

Кроме того, эти фитнес-приложения могут анализировать сон с помощью интеллектуальных функций. Получение правильного количества сна и пробуждение в оптимальное время не только заставляет чувствовать себя лучше, но неправильные привычки сна могут быть связаны с подавленной иммунной системой и болезнью Альцгеймера. Смартфон не поможет улучшить сон, но он по крайней мере расскажет, в чем проблема.

Измерение уровня гемоглобина по глазам

Скоро не понадобится брать кровь, чтобы оценить риск анемии. Американские ученые разработали технологию, позволяющую по простому изображению внутреннего века, где видна микрососудистая структура, сделанному с помощью камеры смартфона, определять уровень гемоглобина. Информация о разработке была опубликована в журнале Optica. После масштабирования изображений внутреннего века и использования набора алгоритмов приложение может оценить содержание гемоглобина в крови и помочь определить заболевание крови. Ранние результаты показывают, что эта методика сопоставима с традиционными анализами крови в широком диапазоне значений гемоглобина.

Определение насыщенности крови кислородом

Вероятность серьезного заболевания органов дыхания, особенно в холодное время года, достаточно высока и это может происходить даже без явных симптомов. Так может быть даже при заболевании коронавирусной инфекцией. 

Поэтому врачи призывают измерять насыщенность кислородом (SpO2) всем пациентам из группы риска. Снижение значения SpO2 свидетельствует о каком-либо заболевании, даже если нет видимых признаков. Уже в ближайшее время мониторинг SpO2 можно проводить самостоятельно, находясь в самоизоляции и без риска перекрестного инфицирования, просто с помощью своего смартфона.

Компания Samsung относительно давно оснастила свои смартфоны датчиками пульсоксиметрии, которые позволяют проводить измерения SpO2, есть также приложения, которые предлагают похожую функцию, используя камеру телефона. Но ученые пришли к выводу, что эти методы вызывают "серьезные вопросы о точности диагностики". Но теперь, когда интерес к этой функции набирает обороты, в следующие модели телефонов многие разработчики планируют интегрировать более точные сенсоры. Осталось немного подождать.

Измерение температуры тела

До сих пор, этот, казалось бы, простой параметр было трудно измерить с помощью телефона. Отчасти это связано с дизайнерским аспектом, а также потому, что сам смартфон является значительным источником тепла. Это делает запись температуры окружающей среды довольно сложной задачей, а также причиной, по которой, например, Samsung отказался от этой идеи.

Но вот недавно компания Huawei представила новую модель телефона Honor Play 4 Pro, которая пока доступна только в Китае, способную измерять температуру людей и объектов с помощью инфракрасного датчика, расположенного на задней панели телефона. По утверждению производителя, телефон способен определять температуру от -20°C до 100°C.

Для проведения измерения достаточно приложить смартфон задней поверхностью ко лбу, и он выдаст значение температуры пользователя.

Учитывая простоту таких измерений, теперь можно будет контролировать этот параметр удаленно, что особенно удобно в условиях пандемии. Однако эксперты сомневаются по поводу точности таких термометров, которые оценивают температуру на основе тепла, исходящего от кожи человека, в отличие от традиционных медицинских термометров. Но, кроме таких сомнений, данных о точности такого термометра у нас нет.

Диагностика редких генетических заболеваний

Ежегодно в мире рождается около полумиллиона детей с редким наследственным заболеванием. Их идентификация представляет собой сложную задачу, так как врачи, чаще всего ранее не сталкивались с такими редкими случаями в своей карьере.

Учитывая это, ученые Каунасского технологического университета в Литве разработали приложение для идентификации болезни Хантингтона, генетического состояния, приводящего к физическим и когнитивным нарушениям. Оно может проявляться как у взрослых, так и у детей, причем последние реже и труднее поддаются диагностике.

Приложение направлено на диагностику состояния у пациентов из группы риска при отсутствии зрительных симптомов. Делается это с помощью набора тестов, которые оценивают физические и когнитивные навыки пациентов и ранние признаки их упадка. И это важно, поскольку несмотря на то, что не существует известного метода лечения болезни Хантингтона, предполагается, что пациент может получить 3-16 лет здоровой жизни, если болезнь будет диагностирована на ранних стадиях.

Обнаружить апноэ сна

Обычно тестирование на апноэ сна предполагает, что пациента опутывают множеством проводов с датчиками и требуют от него всю ночь провести в клинике. А это не так легко сделать, да и стоит недешево. Если же все это может заменить смартфон и приложение, то дело существенно упрощается.

Ученые из Вашингтонского университета разработали ApneaApp - приложение, которое способно нетрадиционным путем диагностировать апноэ сна. Оно превращает смартфон в активный сонар, не используя при этом никакого дополнительного оборудования. В первых тестах ApneaApp в 98% случаев определяло события апноэ практически с той же точностью, что и используемая в больницах диагностика методом полисомнографии.

Диагностика кожных заболеваний

Какими бы безобидными они ни казались, образования на коже требуют к себе пристального внимания, так как они могут перерасти в рак кожи. Сегодня диагностику уже возможно провести с помощью дерматологических приложений. С помощью простого моментального снимка родинки такие приложения, как SkinVision, могут определить риск заболевания раком. После оценки подозрительной родинки по алгоритму, картина дополнительно анализируется реальными дерматологами, которые дают дальнейшие рекомендации. Кроме того, приложение посылает напоминания о необходимости регулярного повторного анализа родинки по истечении определенного периода времени.

Диагностика мерцательной аритмии

Смартфон может использоваться для обнаружения мерцательной аритмии без какого-либо дополнительного оборудования. Для этой цели ученые из финского университета в Турку разработали недорогое мобильное приложение, которое в своей работе использовало акселерометр и гироскоп смартфона,

 Для проведения измерений смартфон прикладывался к груди пациента, после чего снимались измерения с помощью акселерометра и гироскопа. Пациенты во время измерений находились в лежащем или полулежащем положении. Полученная информация затем обрабатывалась с помощью специального алгоритма на базе машинного обучения и анализировалась.

С помощью этой технологии исследователи смогли обнаруживать мерцательную аритмию с чувствительностью выше 95%.

Определить нейродегенеративное заболевание по речи

Канадская фирма WinterLight Labs разработала приложение на базе алгоритмов искусственного интеллекта, которая анализирует малозаметные сигналы в голосе пациента. Такой анализ позволяет обнаружить такие заболевания, как болезнь Альцгеймера, с точностью 82%.

Эта платформа, по утверждению разработчиков, может анализировать естественную речь для обнаружения и мониторинга слабоумия, афазии* и различных когнитивных состояний. Используя короткий одноминутный образец речи, WinterLight может охарактеризовать когнитивное, акустическое и лингвистическое состояние говорящего, включая лексическое разнообразие, синтаксическую сложность, семантическое содержание и артикуляцию. Пока эта система реализована в роботе-компаньоне, но технология может быть легко адаптирована для применения на смартфоне.

Измерить параметры кровотока

Перед проведением определенных процедур врач часто исследует, насколько хорошо кровь течет через артерии пациента. Для этого используется тест Аллена, для чего врач нажимает на две области на запястье пациента, чтобы временно остановить кровоток. После снятия давления врач проверяет, насколько быстро цвет возвращается в руку. Недавно была разработано бесплатное приложение для iPhone под названием Instant Heart Rate, которое может анализировать кровоток в указательном пальце человека более точно, чем Аллен-тест. Приложение работает с использованием фонарика и камеры смартфона. Программа анализирует отражение света от пальца человека и ищет изменения в цвете и яркости для интерпретации изменений в его пульсе. В исследовании диагностическая точность приложения для смартфонов составляла 94% по сравнению с 84% при использовании стандартного теста Аллена.

От использования смартфона в качестве медицинского устройства больше всего могут выиграть люди, живущие в странах с низким и средним уровнем доходов. В условиях ограниченных ресурсов доступ к точным и жизненно важным измерениям параметров здоровья позволяет без необходимости приобретения дорогостоящего оборудования или каких-либо насадок проводить качественную и недорогую диагностику с помощью одного прибора. Смартфона.

* Афазия — это локальное отсутствие или расстройство уже сформировавшейся речи с нарушением восприятия речи при сохранении слуха. Возникает при органических поражениях речевых отделов коры головного мозга.

В обзоре использованы материалы MobiHealth News, iMedicalApps, Android PIT, Veritone, Medical Futurist, Medical News, Business Insider.